بسیج مهندسين

برق هسته اي

انرژي هسته اي از عمده ترين مباحث علوم و تکنولوژي هسته اي است و هم اکنون نقش عمده اي را در تأمين انرژي کشورهاي مختلف خصوصا کشورهاي پيشرفته دارد. اهميت انرژي و منابع مختلف تهيه آن، در حال حاضر جزء رويکردهاي اصلي دولتها قرار دارد. به عبارت بهتر، از مسائل مهم هر کشور در جهت توسعه اقتصادي و اجتماعي  بررسي ، اصلاح و استفاده بهينه از منابع موجود انرژي در آن کشور است. امروزه بحرانهاي سياسي و اقتصادي و مسائلي نظير محدوديت ذخاير فسيلي، نگرانيهاي زيست محيطي، ازدياد جمعيت، رشد اقتصادي ، همگي مباحث جهان شمولي هستند که با گستردگي تمام فکر انديشمندان را در يافتن راهکارهاي مناسب در حل معظلات انرژي در جهان به خود مشغول داشته اند.

در حال حاضر اغلب ممالک جهان به نقش و اهميت منابع مختلف انرژي در تأمين نيازهاي حال و آينده پي برده و سرمايه گذاريها و تحقيقات وسيعي را در جهت سياستگذاري، استراتژي و برنامه هاي زيربنايي و اصولي انجام مي دهند. هم اکنون تدوين استراتژي که مرکب از بررسي تمامي پارامترهاي تأثير گذار در انرژي و تعيين راهکارهاي مناسب جهت تميزتر و کارا ترنمودن انرژي و الگوي بهينه مصرف آن مي باشد، در رأس برنامه هاي زيربنايي اکثر کشورهاي جهان قرار دارد. در ميان حاملهاي مختلف انرژي،انرژي هسته اي جايگاه ويژه اي دارد. هم اکنون بيش از 430 نيروگاه هسته اي در جهان فعال مي باشند و انرژي برخي کشورها مانند فرانسه عمدتا از برق هسته اي تأمين مي شود.

جمهوري اسلامي ايران بيش از سه دهه است که تحقيقات متنوعي را در زمينه هاي مختلف علوم و تکنولوژي هسته اي انجام داده و براساس استراتژي خود، مصمم به ايجاد نيروگاههاي هسته اي به ظرفيت کل 6000 مگاوات تا سال 1400 هجري شمسي مي باشد. در اين زمينه، جمهوري اسلامي ايران در نشست گذشته آژانس بين المللي انرژي اتمي، تمايل خود را نسبت به همکاري تمامي کشورهاي جهان جهت ايجاد اين نيروگاهها و تهيه سوخت مربوطه رسما اعلام نموده است.

کاربردهاي علوم و تکنولوژي هسته اي

عليرغم پيشرفت همه جانبه علوم و فنون هسته اي در طول نيم قرن گذشته، هنوز اين تکنولوژي در اذهان عمومي ناشناخته مانده است. وقتي صحبت از انرژي اتمي به ميان مي آيد، اغلب مردم ابر قارچ مانند حاصل از انفجارات اتمي و يا راکتورهاي اتمي براي توليد برق را در ذهن خود مجسم مي کنند و کمتر کسي را مي توان يافت که بداند چگونه جنبه هاي ديگري از علوم هسته اي در طول نيم قرن گذشته زندگي روزمره او را دچار تحول نموده است. اما حقيقت در اين است که در طول اين مدت در نتيجه تلاش پيگير پژوهشگران و مهندسين هسته اي، اين تکنولوژي نقش مهمي را در ارتقاء سطح زندگي مردم، رشد صنعت و کشاورزي و ارائه خدمات پزشکي ايفاء نموده است. موارد زير از مهمترين استفاده هاي صلح آميز از علوم و تکنولوژي هسته اي مي باشند:
1- استفاده از انرژي حاصل از فرآيند شکافت هسته اورانيوم يا پلوتونيوم در راکتورهاي اتمي جهت توليد برق و يا شيرين کردن آب درياها.
2-استفاده از راديوايزوتوپها در پزشکي، صنعت و کشاورزي
3- استفاده از پرتوهاي ناشي از فرآيندهاي هسته اي در پزشکي، صنعت و کشاورزي

برق هسته اي

از مهمترين منابع استفاده صلح آميز از انرژي اتمي، ساخت راکتورهاي هسته اي جهت توليد برق مي باشد. راکتورهسته اي وسيله اي است که در آن فرايند شکافت هسته اي بصورت کنترل شده انجام مي گيرد. در طي اين فرايند انرژي زياد آزاد مي گردد به نحوي که مثلا در اثر شکافت نيم کيلوگرم اورانيوم انرژي معادل بيش از 1500 تن زغال سنگ بدست مي آيد. هم اکنون در سراسر جهان، راکتورهاي متعددي در حال کار وجود دارند که بسياري از آنها براي توليد قدرت و به منظور تبديل آن به انرژي الکتريکي، پاره اي براي راندن کشتيها و زيردريائيها، برخي براي توليد راديو ايزوتوپوپها و تحقيقات علمي و گونه هايي نيز براي مقاصد آزمايشي و آموزشي مورد استفاده قرار مي گيرند. در راکتورهاي هسته اي که براي نيروگاههاي اتمي طراحي شده اند (راکتورهاي قدرت)، اتمهاي اورانيوم و پلوتونيم توسط نوترونها شکافته مي شوند و انرژي آزاد شده گرماي لازم را براي توليد بخار ايجاد کرده و بخار حاصله براي چرخاندن توربينهاي مولد برق بکار گرفته مي شوند.

راکتورهاي اتمي را معمولا برحسب خنک کننده، کند کننده، نوع و درجه غناي سوخت در آن طبقه بندي مي کنند. معروفترين راکتورهاي اتمي، راکتورهايي هستند که از آب سبک به عنوان خنک کننده و کند کننده و اورانيوم غني شده(2 تا 4 درصد اورانيوم 235) به عنوان سوخت استفاده مي کنند. اين راکتورها عموما تحت عنوان راکتورهاي آب سبک(LWR ) شناخته مي شوند. راکتورهاي WWER,BWR,PWR از اين دسته اند. نوع ديگر، راکتورهايي هستند که از گاز به عنوان خنک کننده، گرافيت به عنوان کند کننده و اورانيوم طبيعي يا کم غني شده به عنوان سوخت استفاده مي کنند. اين راکتورها به گاز- گرافيت معروفند. راکتورهاي HTGR,AGR,GCR از اين نوع مي باشند. راکتور PHWR راکتوري است که از آب سنگين به عنوان کندکننده و خنک کننده و از اورانيوم طبيعي به عنوان سوخت استفاده مي کند. نوع کانادايي اين راکتور به CANDU موسوم بوده و از کارايي خوبي برخوردار مي باشد. مابقي راکتورها مثل FBR (راکتوري که از مخلوط اورانيوم و پلوتونيوم به عنوان سوخت و سديم مايع به عنوان خنک کننده استفاده کرده و فاقد کند کننده مي باشد) LWGR(راکتوري که از آب سبک به عنوان خنک کننده و از گرافيت به عنوان کند کننده استفاده مي کند) از فراواني کمتري برخوردار مي باشند. در حال حاضر، راکتورهاي PWR و پس از آن به ترتيب PHWR,WWER,BWR فراوانترين راکتورهاي قدرت در حال کار جهان مي باشند.

 به لحاظ تاريخي اولين راکتور اتمي در آمريکا بوسيله شرکت "وستينگهاوس" و به منظور استفاده در زير دريائيها ساخته شد. ساخت اين راکتور پايه اصلي و استخوان بندي تکنولوژي فعلي نيروگاههاي اتميPWR را تشکيل داد. سپس شرکت جنرال الکتريک موفق به ساخت راکتورهايي از نوع BWR گرديد. اما اولين راکتوري که اختصاصا جهت توليد برق طراحي شده، توسط شوروي و در ژوئن 1954در "آبنينسک" نزديک مسکو احداث گرديد که بيشتر جنبه نمايشي داشت، توليد الکتريسيته از راکتورهاي اتمي در مقياس صنعتي در سال 1956 در انگلستان آغاز گرديد. تا سال 1965 روند ساخت نيروگاههاي اتمي از رشد محدودي برخوردار بود اما طي دو دهه 1966 تا 1985 جهش زيادي در ساخت نيروگاههاي اتمي بوجود آمده است. اين جهش طي سالهاي 1972 تا 1976 که بطور متوسط هر سال 30 نيروگاه شروع به ساخت مي کردند بسيار زياد و قابل توجه است. يک دليل آن شوک نفتي اوايل دهه 1970 مي باشد که کشورهاي مختلف را برآن داشت تا جهت تأمين انرژي مورد نياز خود بطور زايد الوصفي به انرژي هسته اي روي آورند. پس از دوره جهش فوق يعني از سال 1986 تاکنون روند ساخت نيروگاهها به شدت کاهش يافته بطوريکه بطور متوسط ساليانه 4 راکتور اتمي شروع به ساخت مي شوند

کشورهاي مختلف در توليد برق هسته اي روند گوناگوني داشته اند. به عنوان مثال کشور انگلستان که تا سال 1965 پيشرو در ساخت نيروگاه اتمي بود، پس از آن تاريخ، ساخت نيروگاه اتمي در اين کشور کاهش يافت، اما برعکس در آمريکا به اوج خود رسيد. کشور آمريکا که تا اواخر دهه 1960 تنها 17 نيروگاه اتمي داشت در طول دهه هاي 1970و 1980 بيش از 90 نيروگاه اتمي ديگر ساخت. اين مسئله نشان دهنده افزايش شديد تقاضاي انرژي در آمريکاست. هزينه توليد برق هسته اي در مقايسه با توليد برق از منابع ديگر انرژي در امريکا کاملا قابل رقابت مي باشد. هم اکنون فرانسه با داشتن سهم 75 درصدي برق هسته اي از کل توليد برق خود درصدر کشورهاي جهان قرار دارد. پس از آن به ترتيب ليتواني(73درصد)، بلژيک(57درصد)، بلغارستان و اسلواکي(47درصد) و سوئد (8/46درصد) مي باشند. آمريکا نيز حدود 20 درصد از توليد برق خود را به برق هسته اي اختصاص داده است.

گرچه ساخت نيروگاههاي هسته اي و توليد برق هسته اي در جهان از رشد انفجاري اواخر دهه 1960 تا اواسط 1980 برخوردار نيست اما کشورهاي مختلف همچنان درصدد تأمين انرژي مورد نياز خود از طريق انرژي هسته اي مي باشند. طبق پيش بيني هاي به عمل آمده روند استفاده از برق هسته اي تا دهه هاي آينده همچنان روند صعودي خواهد داشت. در اين زمينه، منطقه آسيا و اروپاي شرقي به ترتيب مناطق اصلي جهان در ساخت نيروگاه هسته اي خواهند بود. در اين راستا، ژاپن با ساخت نيروگاههاي اتمي با ظرفيت بيش از 25000 مگا وات درصدر کشورها قرار دارد. پس از آن چين، کره جنوبي، قزاقستان، روماني، هند و روسيه جاي دارند. استفاده از انرژي هسته اي در کشورهاي کاندا، آرژانتين، فرانسه، آلمان، آفريقاي جنوبي، سوئيس و آمريکا تقريبا روند ثابتي را طي دو دهه آينده طي خواهد کرد.

ديدگاههاي اقتصادي و زيست محيطي برق هسته اي

جمهوري اسلامي ايران در فرايند توسعه پايدار خود به تکنولوژي هسته اي چه از لحاظ تأمين نيرو و ايجاد جايگزيني مناسب در عرصه انرژي و چه از نظر ديگر بهره برداريهاي صلح آميز آن در زمينه هاي صنعت، کشاورزي، پزشکي و خدمات نياز مبرم دارد که تحقق اين رسالت مهم به عهده سازمان انرژي اتمي ايران مي باشد، بديهي است در زمينه کاربرد انرژي هسته اي به منظور تأمين قسمتي از برق مورد نياز کشور قيود و فاکتورهاي بسيار مهمي از جمله مسايل اقتصادي و زيست محيطي مطرح مي گردند.

 ديدگاه اقتصادي استفاده از برق هسته اي
امروزه کشورهاي بسياري بويژه کشورهاي اروپايي سهم قابل توجهي از برق مورد نياز خود را از انرژي هسته اي تأمين مي نمايند. بطوريکه آمار نشان مي دهد از مجموع نيروگاههاي هسته اي نصب شده جهت تأمين برق در جهان به ترتيب 35 درصد به اروپاي غربي، 33 درصد به آمريکاي شمالي، 5/16 درصد به خاور دور، 13 درصد به اروپاي شرقي و نهايتا فقط 74/0 درصد به آسياي ميانه اختصاص دارد. بدون شک در توجيه ضرورت ايجاد تنوع در سيستم عرضه انرژي کشورهاي مذکور، انرژي هسته اي به عنوان يک گزينه مطمئن اقتصادي مطرح است. بنابراين ابعاد اقتصادي جايگزيني نيروگاههاي هسته اي با توجه به تحليل هزينه توليد(قيمت تمام شده) برق در سيستمهاي مختلف نيرو قابل تأمل و بررسي است. از اينرو در اغلب کشورها، نيروگاههاي هسته اي با عملکرد مناسب اقتصادي خود از هر لحاظ با نيروگاههاي سوخت فسيلي قابل رقابت مي باشند.

بهرحال طي چند دهه گذشته کاهش قيمت سوختهاي فسيلي در بازارهاي جهاني، سبب افزايش هزينه هاي ساخت نيروگاههاي هسته اي به دليل تشديد مقررات و ضوابط ايمني، طولاني تر شدن مدت ساخت و بالاخره باعث ايجاد مشکلات تأمين مالي لازم و بالا رفتن قيمت تمام شده هر واحد الکتريسيته در اين نيروگاهها شده است. از يک طرف مشاهده ميشود که طي اين مدت حدود 40 درصد از هزينه هاي چرخه سوخت هسته اي کاهش يافته است و از سويي ديگر با توجه به پيشرفتهاي فني و تکنولوژي حاصل از طرحهاي استاندارد و برنامه ريزيهاي دقيق بمنظور تأمين سرمايه اوليه مورد نياز مطمئن و به هنگام احداث چند واحد در يک سايت براي صرفه جوئيهاي ناشي از مقياس مربوط به تأسيسات و تسهيلات مشترک مورد نياز در هر نيروگاه، همچنان مزيت نيروگاههاي اتمي از ديدگاه اقتصادي نسبت به نيروگاههاي با سوخت فسيلي در اغلب کشورها حفظ شده است.

ساير ديدگاههاي اقتصادي در مورد آينده انرژي هسته اي حاکي از آن است که براساس تحليل سطح تقاضا و منابع عرضه انرژي در جهان، توجه به توسعه تکنولوژيهاي موجود و حقايقي نظير روند تهي شدن منابع فسيلي در دهه هاي آينده، مزيتهاي زيست محيطي انرژي اتمي و همچنين استناد به آمار و عملکرد اقتصادي و ضريب بالاي ايمني نيروگاههاي هسته اي، مضرات کمتر چرخه سوخت هسته اي نسبت به ساير گزينه هاي سوخت و پيشرفتهاي حاصله در زمينه نيروگاههاي زاينده و مهار انرژي گداخت هسته اي در طول نيم قرن آينده، بدون ترديد انرژي هسته اي يکي از حاملهاي قابل دسترس و مطمئن انرژي جهان در هزاره سوم ميلادي به شمار مي رود. در اين راستا شوراي جهاني انرژي تا سال 2020 ميلادي ميزان افزايش عرضه انرژي هسته اي را نسبت به سطح فعلي حدود 2 برابر پيش بيني مي نمايد. با توجه به شرايط موجود چنانچه از لحاظ اقتصادي هزينه هاي فرصتي فروش نفت و گاز را با قيمتهاي متعارف بين المللي در محاسبات هزينه توليد(قيمت تمام شده) براي هر کيلووات برق توليدي منظور نمائيم و همچنين تورم و افزايش احتمالي قيمتهاي اين حاملها(بويژه طي مدت اخير) را براساس روند تدريجي به اتمام رسيدن منابع ذخاير نفت و گاز جهاني مدنظر قرار دهيم، يقينا در بين گزينه هاي انرژي موجود در جمهوري اسلامي ايران، استفاده از حامل انرژي هسته اي نزديکترين فاصله ممکن را با قيمت تمام شده برق در نيروگاههاي فسيلي خواهد داشت.

ديدگاه زيست محيطي استفاده از برق هسته اي
افزايش روند روزافزون مصرف سوختهاي فسيلي طي دو دهه اخير و ايجاد انواع آلاينده هاي خطرناک و سمي و انتشار آن در محيط زيست انسان، نگرانيهاي جدي و مهمي براي بشر در حال و آينده به دنبال دارد. بديهي است که اين روند به دليل اثرات مخرب و مرگبار آن در آينده تداوم چنداني نخواهد داشت. از اينرو به جهت افزايش خطرات و نگرانيها تدريجي در مورد اثرات مخرب انتشار گازهاي گلخانه اي ناشي از کاربرد فرايند انرژيهاي فسيلي، واضح است که از کاربرد انرژي هسته اي بعنوان يکي از رهيافتهاي زيست  محيطي براي مقابله با افزايش دماي کره زمين و کاهش آلودگي محيط زيست ياد مي شود. همچنانکه آمار نشان مي دهد، در حال حاضر نيروگاههاي هسته اي جهان با ظرفيت نصب شده فعلي توانسته اند سالانه از انتشار 8 درصد از گازهاي دي اکسيد کربن در فضا جلوگيري کنند که در اين راستا تقريبا مشابه نقش نيروگاههاي آبي عمل کرده اند.

چنانچه ظرفيتهاي در دست بهره برداري فعلي توليد برق نيروگاههاي هسته اي، از طريق نيروگاههاي با خوراک ذغال سنگ تأمين مي شد، سالانه بالغ بر 1800 ميليون تن دي اکسيد کربن، چندين ميليون تن گازهاي خطرناک دي اکسيد گوگرد و نيتروژن، حدود 70 ميليون تن خاکستر و معادل 90 هزار تن فلزات سنگين در فضا و محيط زيست انسان منتشر مي شد که مضرات آن غيرقابل انکار است. لذا در صورت رفع موانع و مسايل سياسي مربوط به گسترش انرژي هسته اي در جهان بويژه در کشورهاي در حال توسعه و جهان سوم، اين انرژي در دهه هاي آينده نقش مهمي در کاهش آلودگي و انتشار گازهاي گلخانه اي ايفا خواهد نمود.